Bez tej wolty, co by nie powiedzieć, wielce ryzykownej, budzącej sporo nieufności i podejrzliwości, sprawy mogły potoczyć się według zupełnie innego scenariusza, ale w każdej z możliwych jego wersji jedno pozostawałoby niezmienne – zachowanie status quo nie wchodziło w rachubę. Kiedy więc przeszło dekadę temu profesor Janusz Bujnicki z Międzynarodowego Instytutu Biologii Molekularnej i Komórkowej w Warszawie dokonywał owego zwrotu, przestawiając swoje naukowe tory z białek na RNA, zdecydowanie więcej od przyklaskujących mu było tych, którzy… pukali się w czoło. Intuicja go jednak nie zawiodła. Nie dość że cząsteczka RNA, uznawana dotąd jedynie za bierny przekaźnik informacji, urastała właśnie do roli najważniejszego regulatora procesów komórkowych, to jeszcze jego pomysł z zastosowaniem przy niej warsztatu metodologicznego wypracowanego wcześniej dla białek, zaowocował osiągnięciami, o których ostatnio stało się głośno.

– Jeśli w wyciąganiu rzeczy z ich tradycyjnego kontekstu, wstawianiu w inny i sprawdzaniu, czy z tego nowego połączenia wyniknie coś interesującego, ktoś dostrzeże wpływy dadaistów, to słusznie. Często się nimi inspiruję. W nauce także nie wolno bać się ryzyka, bo jego unikanie zabija postęp – obrazowo tłumaczy powody swojej ówczesnej decyzji.

Nożyczki do cięcia RNA

Jego zdaniem nauka w pierwszej kolejności musi służyć jako generator i inkubator idei. O postępie można mówić tylko wtedy, gdy ciekawość badacza pojawia się przed chęcią zaspokojenia jakiejś konkretnej potrzeby rynku czy społeczeństwa. To przecież właśnie badania podstawowe prowadzą ku lepszemu zrozumieniu świata, poznaniu mechanizmów, które rządzą funkcjonowaniem istot żywych czy świata nieorganicznego. Ale zawsze, prędzej czy później, udaje się w efekcie odkryć coś niesamowitego, nieprzewidzianego, co można przełożyć na praktykę. Tak jak choćby w prowadzonym we współpracy z zespołami dr. Marcina Nowotnego i prof. Edwarda Darżynkiewicza projekcie, w wyniku którego analiza komputerowa struktur białka ludzkiego i wirusowego wykazała, że co prawda centrum katalityczne obydwu tych enzymów jest bardzo podobne, jednak element odpowiadający za rozpoznanie tzw. czapeczki, czyli głównego modyfikowanego fragmentu, różni się sposobem wiązania. W ślad za tym zespół prof. Bujnickiego podjął próbę poszukania takich cząsteczek chemicznych, które wiążą się tylko z jednym typem białek. Jeśli doświadczalnie uda się potwierdzić te przewidywania, wyniki badań stanowić będą punkt wyjścia do stworzenia nowych leków przeciwwirusowych.

Ale to nie wszystko. Cząsteczki potrafiące zablokować enzym niezbędny do funkcjonowania ludzkich komórek przysłużą się lepszemu poznaniu procesów w nich zachodzących. Obecnie pozbawienie komórek genu kodującego ten enzym sprawia, że one umierają. Powodzenie eksperymentu pozwoli więc na zbudowanie systemu, w którym będzie można zobaczyć, jak wyglądają defekty maszynerii komórkowej, gdy wykluczy się jedno z jej ważnych ogniw.

– Największą satysfakcję czuję wtedy, gdy po połączeniu elementów skomplikowanej biologiczno-chemiczno-fizycznej układanki dostajemy potwierdzenie jakiegoś wcześniejszego przewidywania, które zostało wygenerowane komputerowo. Jeżeli występuje rozbieżność pomiędzy uproszczonym, wyidealizowanym modelem teoretycznym a doświadczeniem, to próbujemy dalej: albo dodajemy jakiś składnik do tego modelu, bo okazuje się, że jego pominięcie wpływa na funkcjonowanie całości, albo odejmujemy, kiedy nie ma on znaczenia – przybliża kulisy bioinformatyki prof. Bujnicki, jeden z jej pionierów w Polsce.

Po analizę komputerową sięga się, by zrozumieć wyniki przeprowadzonego w laboratorium doświadczenia. Można też inaczej – wykorzystać znaną już wiedzę na temat tego, jak funkcjonuje życie, organizmy, tkanki, organy, poszczególne komórki, do zaprojektowania całkiem nowych białek, kwasów nukleinowych, kreując z nich nieistniejące w przyrodzie konstrukty o zupełnie nowych właściwościach.

– Budując sztuczne twory, możemy lepiej zrozumieć te, które istnieją w rzeczywistości – tłumaczy badacz, odwołując się tym razem do ostatniego swojego dokonania: „nożyczek” do cięcia dwuniciowego RNA. Przed laty odkrycie enzymów restrykcyjnych i znalezienie dla nich zastosowań stanowiło podstawę rewolucji w biologii molekularnej, umożliwiło znacznie łatwiejsze klonowanie materiału genetycznego, diagnostykę i otworzyło drzwi do zaawansowanych technik rekombinowanego DNA, czyli tworzenia nowych konstruktów genetycznych z cząsteczek DNA, traktowanych jako elementy budulcowe. Okazało się, że podobną właściwość, tyle że w odniesieniu do RNA, stanowiącego materiał genetyczny wirusów wywołujących m.in. grypę, wściekliznę czy AIDS, wykazuje enzym BsMiniIII z bakterii Bacillus subtilis. Prace nad nim biegły dwutorowo. Wpierw zaprojektowano komputerowo, a potem stworzono sztucznie w laboratorium enzym, który przecinał zdefiniowaną sekwencję w hybrydach RNA-DNA. Teraz dołożono do kolekcji enzym przecinający sekwencję w dwuniciowym RNA.

– Enzym BsMiniIII jest przedstawicielem białek, które występują naturalnie, ale nasze odkrycie jego zdolności do przecinania dwuniciowego RNA zostało zapoczątkowane przez modelowanie komputerowe. Obserwując istniejące w przyrodzie enzymy, przecinające dwuniciowy RNA w sposób niespecyficzny, czyli we wszelkich możliwych pozycjach sekwencji, wymyśliłem i zaprojektowałem rozwiązanie, by ograniczyć ich działanie do przecinania tylko jednej, konkretnej sekwencji – tłumaczy prof. Bujnicki.

Pojedynek rewolwerowców

Zaraz po tym udało mu się zidentyfikować naturalnie występujące białka, zawierające element analogiczny do tego opracowanego z użyciem modelowania komputerowego. I choć wówczas ich funkcja biologiczna w ogóle nie była znana, to niezależnie od niej prof. Bujnicki wraz ze swoim zespołem udowodnił, że są one dodatkowo zdolne do przecinania dwuniciowego RNA, a więc wykazują aktywność, jaką przewidziano dla nich komputerowo. Oczywiście istnieją i inne enzymy, które przecinają konkretne sekwencje w RNA, ale – jak zauważa mój rozmówca – działają one jedynie na pojedynczą nić albo w obrębie innych struktur.

– Nasz enzym ma zatem unikatową właściwość. Wynaleźliśmy prototyp enzymów restrykcyjnych dla dwuniciowego RNA – podkreśla z dumą, wskazując na ekran swojego laptopa, przez który niczym slajdy przewijają się obrazy ze strukturami cząsteczek biologicznych. Za pomocą programu komputerowego, tworzącego mapę relacji pomiędzy poszczególnymi elementami wybranego zbioru danych, powstają analizy, na podstawie których przeprowadza się badania doświadczalne.

– Analizy oparte na danych, a niekoniecznie mające u początków hipotezę, są stosunkowo nowym typem badań w biologii molekularnej, m.in. ze względu na to, że produkcja danych na masową skalę stała się o wiele łatwiejsza niż kiedyś. Dzięki postępowi technologicznemu możliwe jest bardzo tanie sekwencjonowanie DNA, jak również ustalanie różnych innych właściwości cząsteczek biologicznych. Wcześniej ograniczeniem była ilość danych, teraz – możliwość ich przetworzenia – wyjaśnia, zabierając mnie kilka pięter niżej do miejsca, bez którego te modele by nie powstały. To centrum obliczeniowe z ponad dwoma tysiącami rdzeni obliczeniowych, 500 dyskami do przechowywania danych i blisko 4 TB pamięci RAM. Ale, choć robi to wrażenie, prof. Bujnicki zachowuje zdrowy rozsądek – to przecież tylko sprzęt, który sam nie jest w stanie wygenerować wiedzy.

– Jeżeli spotyka się dwóch rewolwerowców, z których tylko jeden ma broń, to szanse w tym pojedynku są nierówne. Dlatego ta cała aparatura do konfrontacji z innymi zespołami na świecie, owszem, jest potrzebna, niczym rewolwerowcowi broń, ale nie ona stanowi istotę naszych prac. Te opierają się na myśleniu. Infrastruktura to z jednej strony podstawa tego myślenia, a z drugiej – jego przedłużenie, umożliwiające patrzenie dalej, zajrzenie głębiej, czucie mocniej… – przekonuje pierwszy polski laureat biologicznego grantu Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych oraz ubiegłorocznej nagrody Narodowego Centrum Nauki.

Te prestiżowe wyróżnienia tylko potwierdzają słuszność dokonanego przed laty wyboru. Było w nim trochę młodzieńczej fantazji, ale kto wie, czy nie więcej brawury, zuchwałości komputerowego gracza, kroczącego przez kolejne poziomy „strategii”. To porównanie nie jest w żadnej mierze przypadkowe, wziąwszy pod uwagę fakt, że gry pasjonują go od małego, a jeśli tylko znajdzie na to czas, „po godzinach” – cóż za eufemizm! – wciąż zdarza mu się wsiąknąć nawet na kilka godzin.

– Rzeczywiście, naukowcem nie przestaje się być nawet podczas snu. Wiele pomysłów, na które wpadałem, wynikało z tego, że mój mózg procesował te informacje także w podświadomości – albo gdy spałem, albo gdy np. oglądałem film, zwiedzałem czy grałem właśnie w gry komputerowe – mówi o swoich inspiracjach. I w grach, i na gruncie naukowym można przecież kreować nowe światy, budować nowe mechanizmy. I tam, w wirtualnej rzeczywistości, i tu, w realu, trzeba niejednokrotnie mierzyć się z porażką, własnymi słabościami, wynikami innymi, niżby się chciało otrzymać.

– Praca naukowa polega na próbowaniu, przegrywaniu, podnoszeniu się, próbowaniu jeszcze raz, aż w momencie, w którym ilość udanych i nieudanych prób doprowadzi do takiej akumulacji wyników, które można potem intelektualnie poskładać w jedną interesującą historię, pokazującą, że udało się odkryć albo wynaleźć coś nowego i na tyle interesującego, że może to mieć znaczenie dla szerszego grona niż sami autorzy.

W dolinie śmierci

O tym, jaki los czeka „nożyczki”, wkrótce się przekona. Wkroczył bowiem w tzw. dolinę śmierci. To jeden z etapów transferu technologii do przemysłu pomiędzy wynalazkiem a wprowadzeniem gotowego produktu na rynek. Najczęściej bywa tak, że inwestorzy prywatni są zainteresowani zainwestowaniem w wynalazki, w przypadku których ryzyko jest stosunkowo nieduże, a przynajmniej możliwe do oszacowania. Tutaj jest zgoła inaczej.

– Ponieważ wcześniej nie było w ogóle takich enzymów, nikt nie potrafił ciąć dwuniciowego RNA. W tej chwili wyzwaniem pod kątem komercjalizacji tego osiągnięcia jest nie tyle stworzenie produktu, ile zapotrzebowania na niego – zaznacza, wyliczając rysujące się przed „nożyczkami” możliwości, a to w technologii wyciszania ekspresji genów, a to w nowych technikach diagnostycznych i terapeutycznych, wreszcie w nanotechnologii. Podobnie jak enzymy restrykcyjne były wykorzystywane do tworzenia nowych konstruktów DNA, tak BsMiniIII i różne jego warianty mogłyby posłużyć do tworzenia małych i dużych cząsteczek RNA, z których potem składałoby się większe konstrukcje, stanowiące podstawę nowych maszyn zbudowanych bądź z samego kwasu rybonukleinowego, bądź z RNA i innych cząsteczek.

– Nauka nie jest wprawdzie jedynym zawodem, w którym można realizować swoje pasje, ale jednym z niewielu, gdzie stosunkowo łatwo można zostać odkrywcą albo wynalazcą. Coraz bliższe staje się mi to drugie podejście. Nie chcę jedynie jako pierwszy stawiać stopy na nieodkrytym, ale istniejącym lądzie, lecz przede wszystkim tworzyć coś, czego wcześniej w ogóle nie było – wyznaje.

Na razie skupia się wprawdzie na badaniu cząsteczek RNA, ale nie wyklucza eksploracji innego pola badawczego. Już chodzi mu po głowie idea, by kiedyś zająć się… symulowaniem cywilizacji. To także pokłosie jego zabawy z grami komputerowymi, ale wbrew pozorom nie traktuje tego jedynie w kategoriach rozrywki. Rozwój cywilizacyjny to bardzo złożony proces, do którego można by wykorzystać doświadczenia z modelowania struktur białek i RNA oraz oddziaływań tych cząsteczek ze sobą. Skoro bowiem już w tej chwili próbuje się symulować mikroświat komórki, to czemu w podobny sposób nie postąpić z makroświatem – procesami historycznymi, politycznymi, wykorzystywaniem ziemskich zasobów etc.?

– Naukowcy mają obowiązek sięgać poza horyzont, dostępny dla osób niezajmujących się nauką. A do tego dobrze jest szukać źródeł inspiracji dalej niż tylko swoje najbliższe sąsiedztwo – kończy prof. Janusz Bujnicki. 